Molecular Insights into Hierarchical Zn 2+ Hydration States Driving Energy-Efficient Cellulose Dissolution

溶解 纤维素 化学 分子 吉布斯自由能 氢键 分子动力学 溶剂 离子 水合物 溶剂化 化学工程 工作(物理) 吸热过程 熵(时间箭头) 溶剂化壳 水溶液 无机化学 计算化学 热力学平衡 热力学 化学物理 笼状水合物 超分子化学 离子液体 格式化
作者
Dongqi Yang,X. LI,Wuliang Ma,Jinxia Ma
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry B [American Chemical Society]
卷期号:130 (1): 431-446 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.jpcb.5c06701
摘要

Developing efficient and sustainable solvents for cellulose dissolution at ambient conditions is pivotal for advancing green chemistry and reducing reliance on petroleum-derived materials. Although ZnCl2-based solvents, such as the typical ZnCl2/H2O systems, demonstrate remarkable room-temperature dissolution capabilities, their molecular-level mechanisms remain poorly understood. Traditional experimental approaches face limitations in resolving dynamic interactions and thermodynamic drivers, hindering solvent optimization. Herein, molecular dynamics (MD) simulations elucidate the mechanistic synergy of hydrated Zn2+ ions, Cl– ions, and H2O molecules in disrupting cellulose’s hydrogen-bonding network and hydrophobic interactions. Results reveal that [Zn(H2O)3]2+ hydrate preferentially penetrates cellulose chains via O3 hydroxyl sites, forming O(cellulose)···HO(H2O) hydrogen bonds, while [Zn(H2O)4]2+ hydrates stabilize dispersed chains. Cl– ions reduce hydrophobicity by interacting with C–H groups, complementing Zn2+-driven hydrogen bond cleavage. Thermodynamically, entropy compensation from released H2O molecules and Cl– ions offsets Zn2+ ions adsorption, yielding a minimal entropy change (−498.00 J/mol/K). Enthalpy (−40.63 kJ/mol) dominates the favorable Gibbs free energy (−177.56 kJ/mol), underscoring the system’s efficiency. This work provides atomistic insights into solvent-cellulose interactions, guiding the design of eco-friendly, energy-efficient cellulose solvents aligned with sustainable development goals.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
1秒前
2秒前
科研通AI6.4应助tod2006采纳,获得10
2秒前
Miraitowa发布了新的文献求助10
3秒前
pups发布了新的文献求助10
3秒前
3秒前
无限打灰完成签到,获得积分10
3秒前
5秒前
chiyudoubao完成签到,获得积分10
5秒前
5秒前
李梦完成签到 ,获得积分10
6秒前
6秒前
ZZ发布了新的文献求助10
7秒前
7秒前
sssdddd完成签到,获得积分10
8秒前
8秒前
zimo发布了新的文献求助10
8秒前
8秒前
369ninja发布了新的文献求助10
9秒前
Autoimmune发布了新的文献求助10
10秒前
科研通AI6.4应助Yanyan采纳,获得10
12秒前
科研通AI6.2应助诸葛不亮_1采纳,获得10
13秒前
姚思琪发布了新的文献求助10
13秒前
深情安青应助有魅力语梦采纳,获得10
15秒前
同位素完成签到,获得积分10
16秒前
云珀千完成签到 ,获得积分10
17秒前
19秒前
111完成签到,获得积分10
20秒前
SenyngChen发布了新的文献求助30
20秒前
科研通AI6.3应助pups采纳,获得10
22秒前
顾矜应助zimo采纳,获得10
22秒前
奋斗的小研发布了新的文献求助100
23秒前
香蕉觅云应助独一无二采纳,获得10
23秒前
24秒前
刘生发布了新的文献求助10
25秒前
Orange应助zz采纳,获得10
25秒前
爱琏说完成签到,获得积分10
26秒前
26秒前
ZZ完成签到,获得积分10
26秒前
27秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Geist der Kunst und Kultur 1000
Resistance Spot Welding Dataset for Automobile Body-in-White Quality Analysis 748
悉尼大学博士学位论文,题目:Modelling and testing of one-sided stitched laminated composites. 作者:Kristopher P. Plain 700
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
丝光沸石活性位点定向调控及其二甲醚羰基化性能研究 500
Elgar Concise Encyclopedia of Research Methods in the Social Sciences 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7415749
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9019028
关于积分的说明 19213674
捐赠科研通 7046755
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3234171
关于科研通互助平台的介绍 2396599
邀请新用户注册赠送积分活动 2216428